(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の肩部付き回転ツール（１２）を受けるように適合された開口（４０）と、フィラ材料（３４）を受け取るように適合された入口ゾーン（４４）を形成する凹部（４２）とを含むダイ（３０）と備える回転摩擦攪拌溶接装置を用いて加工物を接合する摩擦攪拌溶接方法であって、
前記ダイ（３０）の入口ゾーン（４４）内に前記フィラ材料（３４）を挿入することにより、第１の加工物の表面（１８）を第２の加工物の表面（２０）に対して当接することによって形成された継ぎ目（１６、６８）上およびその周りで前記フィラ材料（３４）を配置するステップと、
前記フィラ材料（３４）と、前記フィラ材料（３４）と熱接触する前記第１および第２の加工物の表面（１８、２０）の一部分とを軟化し、前記第１の加工物と前記第２の加工物（１８、２０）の間で溶接を形成するように、前記ダイ（３０）を前記継ぎ目（１６、６８）に配置することにより、前記フィラ材料（３４）ならびに前記第１および第２の加工物の表面（１８、２０）の融点より低い温度で前記フィラ材料を摩擦加熱するステップとを含む方法。
【請求項２】
軟化されたフィラ材料（３４）と、前記第１および第２の加工物の表面（１８、２０）の一部分とを囲うステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記フィラ材料（３４）を摩擦加熱するステップが、前記継ぎ目（１６、６８）に沿って横切る方向で実施される、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記回転摩擦攪拌溶接装置を複数回前記継ぎ目（１６、６８）上を通過させることにより、前記溶接の断面厚を増大するように、前記継ぎ目（１６、６８）上およびその周りで前記フィラ材料（３４）を摩擦加熱する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記継ぎ目（１６、６８）を形成するために、少なくとも１つの追加の加工物の表面を、前記第１および第２の加工物の表面（１８、２０）に対して当接するステップをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
摩擦攪拌溶接アセンブリであって、
円筒形の肩部付き回転ツール（１２）と、
前記回転ツール（１２）と動作可能に連絡する第１のダイ（３０）とを備え、前記第１のダイ（３０）が、前記回転ツール（１２）を受けるように適合された、上部表面（３６）を介して下部表面（３８）に延びる開口（４０）と、凹部（４２）とを含み、
前記凹部（４２）が、フィラ材料（３４）を受け取るように適合された入口ゾーン（４４）を形成する凹部（４２）を備え、溶接すべき当接する２つ以上の加工物（１８、２０）間で形成された継ぎ目より広い幅を有する、アセンブリ。
【請求項７】
前記第１のダイ（３０）が、前記フィラ材料（３４）および溶接すべき前記加工物（１８、２０）より高い融点を有する、請求項６記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記凹部（４２）が、前記下部表面（３８）の周りで、前記第１のダイ（３０）の一端から反対側の端部に側方向で延びる、請求項６記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記凹部（４２）が、溶接プロファイルを形成するように且つ摩擦攪拌溶接方法中にフラッシュ材料が放出されないように適合された押出しゾーン（４６）を備える、請求項６記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に摩擦攪拌溶接に関し、より具体的には、摩擦攪拌溶接中に追加の固体状態ソースを提供することを含む摩擦攪拌溶接の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌溶接は、押出し鍛造のものと同様の材料変形をもたらす固体状態接合工程である。摩擦攪拌溶接工程は、被加工材料の融点より低い温度で行われるため、たとえば溶融タイプの溶接に共通する凝固関連の欠陥が実質的になくされ、摩擦攪拌溶接は、概して比較的高い締結強度をもたらす。さらに、他の溶接工程とは対照的に、摩擦攪拌溶接で使用される、より低い熱入力では、残留応力が低くなり、歪みが少なくなり、加工物の最終的な金属学的性質に対する影響が小さくなる。それだけには限らないが角継手およびＴ継手を含めて、多数の継手設計が摩擦攪拌溶接を使用して可能である。
【０００３】
従来技術の図１および図２に示されているように、典型的な摩擦溶接攪拌装置１０は、共に当接され機械式クランプ２２によって締め付けられる２片のシートまたは板材１８、２０の間で、回転され継ぎ目１６内にゆっくりと押し込まれる任意選択のプロファイル形成されたピン１４を有する円筒形の肩部付きツール１２を使用する。典型的な機械式クランプは、上部プレート２６と、下部プレート２８と、当接された加工物１８、２０を、動作中にそれらの間で固定するためのねじ込み式ボルト２４とを含む。回転ツール１０と、当接された加工物１８、２０によって画定された継ぎ目１６の周りの直接接する領域との間で、摩擦熱が生成され、それにより継ぎ目１６の周りの領域が軟化し、融点に達することなく塑性的に流動する。回転ツールが継ぎ目を横切ったとき、可塑化された材料が、ツールの前縁からツール肩部およびピンの後縁に移送され、２つの加工物間で固相のボンドを残す。溶接を打ち切るために、溶接線に沿った直線横断が打ち切られ、回転ツールが加工物の表面から退避され、脱出キーホール（ｅｘｉｔ  ｋｅｙｈｏｌｅ）を残す。後で除去することができる振れ領域（ｒｕｎ−ｏｕｔ  ｒｅｇｉｏｎ）を設けると、脱出キーホールをなくすることができるが、これは常に実行可能なものでも、コスト効果的なものでもない。溶接線を横切る間にゆっくりと退避することができる可変貫通ツール（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  ｔｏｏｌ）の使用など、脱出キーホール作用をなくするための代替の工程が開発されている。これにより、溶接されない領域から完全に溶接された領域に、さらに溶接されない領域にかけて移行が滑らかになる。脱出キーホール作用をなくするための他の周知の技法には、ピンプロファイルの修正が含まれる。現行の方法は、脱出キーホール作用をなくする際に、完全に効果的なものではない。
【０００４】
現行の摩擦攪拌溶接工程に伴う継続中の諸問題の他の１つは、溶接工程でフラッシュ材料（ｆｌａｓｈ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が生成される傾向があり、また、溶接線に沿って材料が概して薄くなる。溶接線の周りで断面厚が減少すると、継手の使用可能荷重（ｓｅｒｖｉｃｅａｂｌｅ  ｌｏａｄ）が減少する。この強度の減少は、厚さが補償された設計によって緩和しなければならず、このハンディは、多くの状況、特に厚さのハンディをプレートの幅全体にわたって追加しなければならないプレート接合応用例にとって相当なものになる可能性がある。さらに、フラッシュ材料の生成は、取り扱う人に対して安全問題を提示し、さらなる後処理を必要とする。
【特許文献１】日本特許第３３９８１３５号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｊ．Ｌｉｅｎｅｒｔ，“Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ｍｉｌｄ  Ｓｔｅｅｌ”，Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐｒｏｇｒａｍ，ＥＷＩ，Ｓｕｍｍａｒｙ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＳＲ９９０３，１９９９
【非特許文献２】Ｔｉｍ  Ｌｉ，“Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ｓｔｅｅｌ”，ＥＷＩ，２００５
【非特許文献３】Ｔｉｍ  Ｔｒａｐｐ，“Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ”，ＥＷＩ，２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、フラッシュの生成、および溶接線に沿って材料が概して薄くなることを補償し、溶接されない領域から溶接された領域に比較的滑らかに移行する摩擦攪拌溶接工程が望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、堆積摩擦攪拌溶接方法およびアセンブリが開示される。一実施形態では、加工物を接合する摩擦攪拌溶接方法が、第１の加工物の表面を第２の加工物の表面に対して当接することによって形成された継ぎ目上およびその周りでフィラ材料を配置するステップと、フィラ材料と、フィラ材料と熱接触する第１および第２の加工物の表面の一部分とを軟化し、第１の加工物と第２の加工物の間で溶接を形成するように、フィラ材料ならびに第１および第２の加工物の表面の融点より低い温度でフィラ材料を摩擦加熱するステップとを含む。
【０００７】
摩擦攪拌溶接アセンブリは、任意選択のプロファイル形成されたピンを有する円筒形の肩部付き回転ツールと、回転ツールと動作可能に連絡する第１のダイとを備え、第１のダイが、回転ツールの少なくともプロファイル形成されたピンを受けるように適合された、上部表面を介して下部表面に延びる開口と、凹部とを含み、凹部が、溶接すべき当接する２つ以上の加工物間で形成された継ぎ目より広い幅を有する。
【０００８】
他の実施形態では、堆積を行い、加工物の表面の輪郭を描く方法が、加工物の選択された表面を、加工物の融点より低い温度で摩擦加熱するステップであって、選択された表面が軟化する、ステップと、表面の輪郭を描き、摩擦加熱中にフラッシュ材料が放出されないように、軟化された表面をダイで囲うステップとを含む。
【０００９】
他の実施形態では、スポット摩擦溶接方法が、加工物の表面上のスポットを、スポット部およびその周りの領域を軟化するのに効果的な温度に摩擦加熱するステップであって、温度が、加工物の表面の融点より低いものである、ステップと、加工物からのフラッシュ材料の放出を防止するように、スポットを囲うステップとを含む。
【００１０】
本開示については、以下、本開示の様々な特徴の詳細な説明と、そこに含まれている諸例を参照することによって、より容易に理解することができる。
【００１１】
次に、同様の要素が同様に採番されている図を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
出願人は、２つ以上の加工物の固体状態接合工程中に、フラッシュの生成、および溶接線に沿って材料が概して薄くなることを補償する摩擦攪拌溶接の方法を発見した。本開示による摩擦攪拌溶接方法は、概して、２つ以上の当接された加工物の摩擦攪拌溶接中に、（本明細書ではフィラ材料とも称される）追加の固体状態材料を、継ぎ目に沿って継手領域に堆積することを含む、いわゆる堆積摩擦攪拌溶接方法を使用する。下記でより詳しく述べるように、追加の固体状態材料は、溶接のない表面を囲い、また得られる溶接プロファイルを形作るような形で、継手領域に導入される。したがって、得られる溶接継手を、従来技術の摩擦攪拌溶接工程より比較的厚い断面厚を有して生成することができ、それにより、従来技術の上記で指摘した問題の多数を克服し、また、これまで得ることが可能でなかった多数のタイプの応用例に適した、より多用途の摩擦攪拌溶接方法を提供する。
【００１３】
一実施形態では、本方法は、図３に示されている形で、ダイ３０を、接合すべき加工物１８、２０の、当接された継ぎ目１６を覆って配置することを含む。ダイ３０は、接合すべき、当接する加工物によって設けられた継手の少なくとも一部分を覆うように形作られ、フィラ材料３４を受けるように適合される。溶接中には、矢印３２によって示された荷重が、加工物の表面との接触を維持するようにダイにかかる。
【００１４】
図４により明らかに示されているように、ダイ３０は、上部表面３６と下部表面３８を含む（見やすいように、ダイ３０は、その実際の使用に対して逆さまで示されている）。開口４０は、上部表面３６を介して下部表面３８に延び、その好適な例が従来技術の図１および図２に示されている回転摩擦攪拌溶接装置１０の円筒形の肩部付き回転ツールおよび任意選択のプロファイル形成されたピン１４を受けるように適合される。凹部４２は、下部表面３８内で形成され、図では、ダイの一端から反対側の端部に延びる。凹部４２は、開口４０と連続する。ダイ３０は、概してブロック形状を有するものとして示されているが、他の形状も企図され、十分に本開示の範囲内にある。ダイは、フィラ材料３４または接合すべき加工物１８、２０より高い融点温度および強度を有することが好ましい。
【００１５】
凹部４２は、入口ゾーン４４と押出しゾーン４６を画定する。基準としての継ぎ目１６に沿って２つの加工物１８、２０を接合する間に回転ツール１０の並進方向を使用して、入口ゾーン４４は、開口４０より前方に位置し、一方、押出しゾーン４６は後方に位置する。したがって、動作中には、回転ツールは、加工物１８、２０を接合するように、入口ゾーンの下にある領域を横切る。入口ゾーン４４は、フィラ材料３４のプロファイルに対して相補的なプロファイルを有することが好ましい。したがって、入口ゾーン４４の寸法は、溶接動作中に入口ゾーン４４内に挿入されるフィラ材料３４を収容するように適合される。対照的に、押出しゾーン４６は、可塑化された材料がツールの前縁から後縁に移送されたとき、それを受け取り形作るように適合される。押出しゾーン４６は、形作られた溶接プロファイルを得るように、特定の応用例にとって望ましい可能性がある任意のプロファイルを含むことができる。図４では、押出しゾーン４６は、テーパ形プロファイルを有するものとして示されている。
【００１６】
一般に、凹部の幅Ｗは、継ぎ目１６を画定する空間より少なくとも大きい。すなわち、当接された加工物１８、２０間の空間に重なり合う。他の実施形態では、凹部の幅は、開口４０の直径に等しいか、それより大きい。
【００１７】
再び図３を参照すると、フィラ材料３４は、最初の溶接スポット、すなわち開口４０の周りにあるスポットより前方にある、溶接することが望ましい継ぎ目１６の長さを覆うことが好ましい。応用例に応じて、フィラ材料３４は、ダイ３０から延びることも、ダイ３０内で完全に囲うこともできる。さらに、フィラ材料は、たとえば、単一の条片とすることも、フィラ条片を形成する多数の部片を含むことも、粉末とすることも、ペレットの形態にあることもできることに留意されたい。
【００１８】
他の実施形態では、代替のフィラ材料３４供給構成を使用することができる。一実施形態では、フィラ材料は、別個のチャネルを介して攪拌ゾーン内に挿入される。すなわち、別個のチャネルは、入口ゾーンから独立したものとすることも、入口ゾーンに置き換えることもできる。これらの、また上述の様々な実施形態では、攪拌ゾーン内へのフィラ材料の挿入は、たとえば、ピストン援用送達、ツールの軸を介して、など、任意の手段によるものとすることができる。さらに、回転ツールそれ自体を、フィラ材料を攪拌ゾーンに送るように構成することができる。そのような修正は、本開示の範囲から逸脱することなしに、十分に当業者の知識内にある。本方法は、どの特定のフィラ材料送達法または形態にも限定されないものとする。
【００１９】
堆積摩擦攪拌溶接方法は、接合すべき加工物１８、２０を共に締め付けることを含む。次いで、ダイ３０は、凹部４２を継ぎ目１６と位置合わせするように注意して、継ぎ目上で配置される。フィラ材料３４は、継ぎ目１６の一端から他端まで覆って、凹部４２の入口ゾーン４４内に挿入される。次いで、回転ツール１０（図１および図２）が、開口４０内に、またフィラ材料３４上にゆっくりと押し込まれる。ピン１４とフィラ材料３４の間で摩擦熱が生成され、フィラ材料３４を、その融点に達することなく軟化させる。摩擦熱はまた、加工物１８、２０の、下にある継手領域にも局所的に送達され、それと同時に、２つの加工物１８、２０間で固相のバインドを形成するように、継ぎ目に沿って加工物の一部分が軟化する。ツール１０が継ぎ目１６に沿って横切ったとき、可塑化された材料（フィラ材料および加工物材料）がツールの前縁からツール肩部およびピンの後縁に移送される。後縁に移送されたとき、凹部４２の押出しゾーン４６が、押出しゾーン４６のプロファイルによって画定される、得られる溶接プロファイルを形作るのを助け、２つの加工物１８、２０間で固相のボンドを残す。溶接を打ち切るために、直線横断が打ち切られ、ツール１０が開口４０から退避される。一実施形態では、堆積摩擦攪拌溶接方法中に、回転ツール１０とダイ３０が、固定締め付けされた加工物１８、２０の継ぎ目１６に沿って横断することに留意されたい。加工中には、荷重がダイ３０上にかかり、背圧がフィラ材料３４に対して加えられる。回転ツール１０が継ぎ目１６に沿って横切ったとき、ダイ３０は、加工物１８、２０およびフィラ材料３４と摺動接触する。ダイ３０の、加工物との摺動接触は、圧力接触（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｎｔａｃｔ）によって維持され、溶接中に、ダイ３０は、加工物１８、２０の表面に沿って継続的に摺動される。適宜、摩擦攪拌溶接方法中に摺動を容易にするために、ローラまたは他のトラクションデバイスをダイ３０の下部表面と一体化する、またはそこに取り付けることができる。上記の従来技術工程で指摘された脱出キーホール作用は、下向きの力によるダイ圧力とフィラ材料供給を維持している間に、回転ツールを退避することによって回避することができる。脱出は、直線運動と共に行うことも、直線運動なしで行うこともできる。
【００２０】
他の実施形態では、加工物１８、２０を、固定された回転ツール１０およびダイ３０に対して直線移動させることができる。これらの実施形態では、フィラ材料３４は、加工物１８、２０が並進したとき供給される、または移動することになる。
【００２１】
フィラ材料３４それ自体は、好ましくは、接合すべき加工物１８、２０と同じ材料となるように選択され、または同様の特性を有するように選択され、または、所望の金属学的性質を溶接に与えるために異種材料を含むことができる。フィラ材料３４は、溶接材料の体積を拡大するために溶接に追加される、また溶接線に沿って接合済み加工物内に堆積される消費可能フィードストック（ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ  ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ）と見なすことができる。上述のダイの構成と共にフィラ材料３４を使用するため、フラッシュの形成、および／または溶接された領域が薄くなることが効果的に防止される。さらに、フィラ材料３４の厚さに応じて、溶接を形成するために追加のフィラ材料を提供し、それにより、溶接された継手の耐荷性を高めることができる。たとえば、望むなら、接合すべき加工物の初期の断面厚より大きい断面厚を得ることができる。
【００２２】
先に論じたように、当接された加工物１８、２０とフィラ材料３４によって設けられた継手領域は、攪拌ゾーン内で可塑化される、すなわち、摩擦加熱の局所領域の周りで可塑化される。可塑化された材料は、ダイ３０によって設けられた押出しゾーン４６と、他方の側での加工物１８、２０の表面とによって自由流動できない。したがって、フラッシュ材料の自由形成が効果的になくされる。さらに、回転ツール１０およびダイ３０が前進したとき、可塑化された材料は、強制的に押出しゾーン４６内に押し出される。この場合も、押出しゾーン４６のプロファイル形成された形状を、末端ユーザによって望まれる溶接プロファイルに合わせることができることに留意されたい。したがって、押出しゾーン４６の輪郭によって、設計することができる溶接の形状が決まることが有利であり、その輪郭は、特定の応用例向けに、たとえば応力を最小限に抑えるように容易に設計し、それにより、特定の応用例向けに溶接幾何形状を最適化することができる。
【００２３】
他の実施形態では、本方法は、ダイ３０と共にサンドイッチのような構成を形成するために、図５に示されている反対側のダイ５０、すなわち裏板を接合すべき加工物１８、２０に適用することをさらに含む。ダイ５０は凹部５２を含み、凹部５２は、所望の溶接プロファイルに応じて、上部ダイ３０の凹部４２に類似のものとすることも、異なるものとすることもできる。これは、フラッシュ材料の損失なしに、またどちらの側からも薄くなることなしに、接合すべき加工物の上部表面および下部表面上で共に対称の溶接を生み出すことを可能にすることが有利である。フィラ材料３４は、適宜、凹部４２に関連して述べたのと同様の形で、凹部５２に供給することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ダイ３０、５０を使用し、機械的な締付けを実施することができる。すなわち、加工物１８、２０を静止位置で固定維持するために、ねじ込み式ボルトをダイ３０、５０と動作可能に連絡させることができる。これらの実施形態では、サンドイッチアセンブリ全体（ダイ３０、５０および加工物１８、２０）が回転ツールに対して移動することになり、フィラ材料３４もまた継続的に供給されることになる。他の実施形態では、加工物は、固定（ｆｉｘｔｕｒｉｎｇ）要件を削減するために、溶融、摩擦、または他の手段と共にタック溶接することができる。
【００２５】
堆積摩擦攪拌溶接方法は、１回通過（ｓｉｎｇｌｅ  ｐａｓｓ）で適用することも、複数の通過（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｐａｓｓｅｓ）で適用することもできることが有利であり、後者は、摩擦攪拌溶接の分野において著しい商業上の利点および進歩を提示する。従来の摩擦攪拌溶接工程では、溶接は、１回通過で完成されるか、それらの構成における制限の直接の結果としてまったく行われなかった。しかし、本明細書で述べられている堆積摩擦攪拌溶接方法は、溶接厚を順次積み上げて、複数の通過の使用を可能にし、それにより、融接に伴う利点のいくつかを、欠点がないにもかかわらず提供する。さらに、複数の通過を使用することにより、締付け荷重を著しく低減することができる。というのは、１回通過工程は、効果的な溶接を提供するために、加工物に対する著しい荷重を必要とするからである。したがって、堆積摩擦攪拌溶接方法は、スケールに依存しないものであり、それによりこの工程は、大きな寸法のプレートをより小さな寸法のプレートに使用される同じ機器を用いて接合することに適用可能になる。当業者には周知のように、機器コストは、サイズと直線的に比例しない。したがって、従来技術の回転ツールは、接合すべき加工物の寸法に対処するようにスケーリングされた。というのは、１回通過だけが従来技術のツールと構成を用いて可能であったからである。本堆積摩擦攪拌溶接方法および構成は、複数の通過に使用することができ、したがって、比較的大きな寸法の加工物を、比較的小さな回転ツールを使用して経済的に溶接するための方法および構成を提供する。堆積摩擦攪拌溶接方法を使用する複数の通過の使用に伴う別の利点は、より硬い材料をより効果的に溶接することができることである。一般に、より硬い材料の１回通過溶接は、ツールに応力を及ぼし、たとえばピンの摩擦加熱に貢献するツールの様々な構成要素に対して、著しい摩耗を引き起こす可能性がある。複数の通過を使用することにより、１回通過を使用した従来の工程に比べて、各通過の応力を最小限に抑えることができる。というのは、１回通過だけが、より高い軸荷重およびトルク荷重を必要とすることになる可能性があるからである。
【００２６】
前述の利点に加えて、本明細書で述べられている堆積摩擦攪拌溶接方法は、今やスポット摩擦溶接（ＳＦＷ）工程に適用することができる。典型的なＳＦＷ工程では、回転ツールが局所的に押し込まれ、継ぎ目に沿って並進することなく退避され、ツールが退避したとき脱出キーホール作用を引き起こす。さらに、フラッシュの形成、および局所領域で薄くなることが観察される。さらに、従来技術のスポット溶接工程は、典型的には抵抗をベースとするスポット溶接工程を使用し、この溶接工程は、スポット溶接内で細孔を形成する傾向があることが知られており、スポット溶接の機械特性が低下する。しかし、本明細書で述べられている堆積摩擦攪拌溶接方法を使用すると、ダイおよびフィラ材料の使用は、フラッシュを囲い、溶接スポットプロファイルを形作り、一方、有利には、従来技術で指摘された脱出キーホール作用をなくし、細孔形成を最小限に抑える、かつ／またはなくすることができる。たとえば、図６および図７は、タイプ５７５４およびタイプ５１８２アルミニウムにおける抵抗スポット溶接の上から見た像を示す。どちらの像も、当技術分野でナゲット多孔と称される、望ましくないものを明らかに示す。図８および図９は、スポット摩擦攪拌溶接（ＳＦＳＷ）工程を使用するアルミニウムのスポット溶接の上から見た図と横断面図とを示す。得られるスポット溶接はきれいであり、ナゲット多孔がない。堆積ＳＦＳＷを使用し、フラッシングおよびキーホール作用による材料の損失をなくすることができる。
【００２７】
堆積摩擦攪拌溶接方法はまた、迅速なプロトタイピングに従う。囲みダイ、たとえば３０は、迅速なプロトタイピングに対処するように、容易に修正することができる。たとえば、図１０は、加工物２０の側壁が押し出され、工学的に設計された構造を作り出すように形作られる一例を示す。
【００２８】
代替の、輪郭を描く構成が、図１１に示されている。図では、ダイ６０は、裏打ちプレート６２と、上部プレート６４と、前述の形で摩擦攪拌溶接装置（図示せず）を受けるための開口付きプレート６６とを含む。裏打ちプレート６２は、摩擦攪拌溶接装置１０の荷重に対抗するために使用される。フィラ材料３４は、輪郭を描くべき加工物１８上で位置決めされ、ダイ６０または加工物１８が継ぎ目６８に沿って移動され、その結果、フィラ材料３４は、概して輪郭が描かれた表面７０によって示されるように、摩擦攪拌装置１０の動作によって加工物に接合される。裏打ちプレート６２と上部プレート６４の間の距離は、エーロフォイルなど厚さの変わる加工物に対処するように、独立して移動することによって変えることができる。さらに、裏打ちプレート６２および／または上部プレート６６の後縁は、いくつかの応用例にとって望ましい可能性がある滑らかな、連続する側壁を設けるように、凹部（図示せず）をさらに含むことができることに留意されたい。一実施形態では、輪郭が描かれた表面のすべてが可塑化され、構造全体にわたって均質の特性を維持する、すなわち、構造全体が攪拌工程を受けていることになる。
【００２９】
迅速なプロトタイピングに加えて、堆積摩擦攪拌溶接は、修理に十分適している。現在融接を使用する修理技法は普通であり、これは、加工時に使用される高温のため問題が多い。その工程内で材料を追加することができるが、融接で使用される高温は、望ましくない粒子成長を引き起こし、熱歪みを与える可能性があり、機械特性に悪影響を及ぼし、熱歪みを与える。本明細書で述べられている堆積摩擦攪拌溶接方法を使用することにより、修理部を形成するために必要とされる熱が少ないため、優れた修理を行うことができる。たとえば、精密グランドキャスト部品に対しては、融接によって引き起こされる、結果的に生じる熱歪みを補正することに伴うコストのため、しばしば修理が行われない。堆積摩擦攪拌溶接方法の場合、歪みが最小限に抑えられ、修理をコスト効果的な選択肢とする。ロボット工学を使用し、摩擦攪拌溶接方法を自動化することができる。
【００３０】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また、どの当業者も本発明を行い使用することを可能にするために、諸例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との差がわずかな、均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術の摩擦攪拌溶接装置の斜視図である。
【図２】図１の従来技術の摩擦攪拌溶接装置の概略断面図である。
【図３】本開示による堆積摩擦攪拌溶接方法を実施するための回転ツールデバイスと共に使用するための、例示的なダイおよびフィラ材料アセンブリの斜視図である。
【図４】ダイの下部表面から見たダイの斜視図である。
【図５】本開示の他の実施形態による、上部表面から見た第２のダイの斜視図である。
【図６】従来技術の抵抗溶接工程によって加工されたタイプ５７５４アルミニウムにおける抵抗スポット溶接の上から見た図である。
【図７】従来技術の抵抗溶接工程によって加工されたタイプ５１８２アルミニウムにおける抵抗スポット溶接の上から見た図である。
【図８】本開示によるスポット摩擦攪拌溶接方法を使用するアルミニウムのスポット溶接の上から見た図である。
【図９】本開示によるスポット摩擦攪拌溶接方法を使用するアルミニウムのスポット溶接の横断面図である。
【図１０】工学的に設計された構造（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を作り出すために加工物の側壁の輪郭を描くための堆積摩擦攪拌溶接方法の図である。
【図１１】他の実施形態による、工学的に設計された構造を作り出すために加工物の側壁の輪郭を描くのに適した堆積摩擦攪拌溶接方法の図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  従来技術の摩擦溶接攪拌装置
１２  肩部付きツール
１４  プロファイル形成されたピン
１６  継ぎ目
１８  シート（プレート）
２０  シート（プレート）
２２  機械式クランプ
２４  ボルト
２６  上部プレート
２８  下部プレート
３０  ダイ
３２  矢印
３４  フィラ材料
３６  ダイ上部表面
３８  ダイ下部表面
４０  開口
４２  凹部
４４  入口ゾーン
４６  押出しゾーン
５０  反対側のダイ
５２  凹部
６０  ダイ
６２  裏打ちプレート
６４  上部プレート
６６  開口付きプレート
６８  継ぎ目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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【図１１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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